Ⅰ、生物質(zhì)氣化的基本原理 生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學條件下，將組成生物質(zhì)的C—H化合物轉(zhuǎn)化為含CO和H2等可燃氣體的過程。供給空氣或氧氣，使生物質(zhì)發(fā)生部分燃燒。有限地提供氧氣，使得生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)不完全燃燒，發(fā)生氣化反應，生成可燃氣體——氣化氣。氣化過程只供給熱化學反應所需的那部分氧氣，而盡可能將能量保留在反應后得到的可燃氣體中，氣化后的產(chǎn)物是含H、CO和低分子烴類的可燃氣體。 在氣化爐出口，產(chǎn)出氣體成分主要為氮氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷、焦油及少量其他烴類物質(zhì)（CnHm）等，還有水蒸氣和少量灰分。其中由于空氣中含有79%的N2，它不參與氣化反應，在氣化氣中的含量達50%左右，卻稀釋了氣化氣中可燃組分的含量，因而降低了氣化氣的熱值。純氣化過程產(chǎn)生可燃氣的熱值為1060kcal/Nm3，而實際氣化產(chǎn)生的可燃氣的熱值要高于此理論值，根據(jù)生物質(zhì)原料差異，一般為1200～1400 kcal/Nm3。 氣化爐氣化所生成的氣體中含有鉸多的灰塵、焦油和水分，必須要凈化，主要是去除燃氣中的灰分、固體顆粒、焦油及冷凝物等，凈化后的氣化氣中焦油及含灰量≤50mg/Nm3。焦油在高溫時呈氣態(tài)，與可燃氣體完全混合，而在低溫時（一般低于200℃）凝結(jié)為液態(tài)，分離和處理有一定難度。常用的凈化設備有旋風除塵器、噴淋水洗塔、汽水分離器、焦油過濾器等。凈化后的氣體即可供給內(nèi)燃機發(fā)電使用。 生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝流程： 在氣化爐中生成可燃氣體 ↓ 在燃氣凈化裝置中凈化可燃氣體 ↓ 凈化后的可燃氣體儲存于儲氣罐 ↓ 用燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組發(fā)電 Ⅱ、常見木料的低位熱值 單位：MJ/kg 樹種tree seeds 去皮樹干trunk without bark 樹皮bark 樹干trunk 樹枝樹根branch ＆ root 總量total 松樹 pinus sylvestris 19.31 19.53 19.33 20.23 19.52 云杉 picea abies 19.05 18.80 19.02 19.17 19.29 樺樹 birch 18.68 22.75 19.19 19.94 19.30 薄荷 betula pendula 18.61 22.52 19.15 19.53 19.29 灰榿木alnus incana 18.67 21.57 19.00 20.03 19.18 黑榿木alnus glutinosa 18.89 21.48 19.31 19.37 19.31 白楊 populus tremula 18.67 18.57 18.65 18.61 18.65 Ⅲ、木料的低位熱值與其含水量的關系 Unit/單位：MJ/kg 含水量moisture content 0% 5% 7% 9% 11% 12% 14% 16% 18% 20% 22% 柳樹枝willow 18.89 16.32 15.93 15.52 15.13 14.93 14.54 14.13 13.74 13.34 12.95 楊樹枝poplar 18.67 14.00 13.61 13.26 12.91 12.74 12.39 12.04 11.69 11.35 11.00 馬尾松masson pine 19.52 18.37 17.93 17.49 17.05 16.83 16.38 15.94 15.49 15.05 14.61 樺樹birch 19.30 16.97 16.42 16.31 15.72 15.51 15.10 14.69 14.28 13.87 13.46 椴木basswood 18.67 16.65 16.25 15.84 15.44 15.24 14.84 14.43 14.02 13.62 13.21 Ⅳ、木屑氣化氣的主要成分及低位熱值 氣化運行溫度℃ Operation Temperature of gasification：℃ 氣體成分（%）Main composition of Fuel Gas 氣化氣的低位熱值 low thermal value of Fuel Gas MJ/Nm3 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H2 N2 620 9.4 29.8 7.2 7.1 0.83 0.21 45.5 8.00 750 7.7 23.5 10.7 5.3 0.25 0.11 52.4 6.20 820 6.4 19.9 8.7 4.7 0.09 0.28 59.9 5.23 Ⅴ、“太湖”生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)設計特點 國際上的氣化發(fā)電技術開發(fā)鉸早，但由于經(jīng)濟性較差，目前主要的應用仍停留在示范和研究階段。以意大利IGCC示范項目為例，氣化發(fā)電系統(tǒng)投資成本高達25000元人民幣/kW，發(fā)電成本約1.20元/kWh，目前仍未進入市場。 我國從20世紀80年代也逐步研究發(fā)展了谷殼氣化發(fā)電技術，先后完成了從2.5～160kW的氣化設備的研制。氣化設備采用固定床結(jié)構(gòu)，氣化效率低，發(fā)電功率增容受到極大制約；適用燃料單一，且受到地域和生物質(zhì)原料供給的限制，滿足不了市場經(jīng)濟需要，推廣應用受到限制。 “太湖”鍋爐于2003年起，引進中科院技術并消化吸收。并于2007年起與廣州能源研究所合作開發(fā)，成功研制出200kW～6000kW的較大容量的循環(huán)流化床氣化鍋爐，適用燃料也從單一的谷殼到木屑、秸桿、棕櫚渣等生物質(zhì)，并通過了江蘇省科委的專家驗收，逐步推向市場。氣化發(fā)電系統(tǒng)投資成本約為8000～10000元人民幣/kW，發(fā)電成本約0.50～0.60元/kWh。氣化爐效率75%以上，選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)內(nèi)燃機效率達35%以上，總的氣化發(fā)電效率在25%以上，明顯高于同容量的蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)效率（20%左右），具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎�！疤�湖”技術具有以下五個方面的創(chuàng)新點： ⑴采用內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床（XHL）生物質(zhì)氣化爐，不用添加沙子（即無床料）下都能穩(wěn)定運行，適應性好、處理規(guī)模大、負荷適應能力強和操作方便； ⑵由氣化爐底部吹入的、向上流動的強氣流使生物質(zhì)的運行就像是液體沸騰一樣漂浮起來，具有氣、固接觸，混合均勻的特點，反應溫度一般為750～850℃。產(chǎn)氣能力可在較大范圍內(nèi)波動，且氣化效率不會明顯降低。 (3)移動床焦油裂解器技術，有效減少燃氣中焦油含量并提高氣化效率； (4)利用成熟的國產(chǎn)柴油機組開發(fā)出中低轉(zhuǎn)速的大型低熱值燃氣發(fā)電機組，降低發(fā)電設備對燃氣雜質(zhì)的要求（焦油與雜質(zhì)含量﹤50mg/N m3即可）； (5)采用特種菌種，利用好氧、厭氧相結(jié)合的工藝方法處理焦油污水； (6)采用大型氣化爐、低熱值燃氣內(nèi)燃機、余熱回收可構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，在投資較低的條件下，大幅提高發(fā)電效率，最高達30%左右。 Ⅵ、生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)與直燃鍋爐發(fā)電和柴油發(fā)電的比較（按500Kw） 序號 NO. 比較項目內(nèi)容 氣化發(fā)電系統(tǒng) 直燃鍋爐帶汽輪發(fā)電機組 柴油發(fā)電機 1 燃料及其成本 木屑的燃料成本為0，只有就地運輸/裝卸成本。但如果燃料是不規(guī)則廢棄木料，推薦使用粉碎機粉碎成直徑15～20mm的小塊。按木屑價格50.00元/噸計算， 木屑的燃料成本為0，只有就地運輸/裝卸成本。但如果燃料是不規(guī)則廢棄木料，推薦使用粉碎機粉碎成直徑15～20mm的小塊。按木屑價格50.00元/噸計算， 柴油，燃料價格很高。約7000.00元/噸計算。 2 單位功率的燃料消耗 1.50 kg/kW·h 1.80 kg/ kW·h 0.10 kg/ kW·h 3 單位功率的燃料成本 0.075元/ kW·h 0.09元/ kW·h 0.70元/ kW·h 4 500kW的燃料成本 37.50元/ kW·h 45.00元/ kW·h 350.00元/ kW·h，高 5 運行6000小時/年 22.50萬元 27.00萬元 210.00萬元，太高了 6 能量轉(zhuǎn)換過程 ① 固態(tài)化學能→氣體化學能 ② 氣體化學能→內(nèi)燃機動能 ③ 內(nèi)燃機動能→發(fā)電機電能 ① 化學能→熱能 ② 熱能→蒸汽熱能 ③ 蒸汽熱能→汽輪機動能 ④ 汽輪機動能→發(fā)電機電能 ① 化學能→內(nèi)燃機動能 ② 內(nèi)燃機動能→發(fā)電機電能 7 總的發(fā)電效率 ＞25% ≈20% 30%以上 8 用水要求 ① 系統(tǒng)水洗除塵用水，可循環(huán)利用。平時作少量補充即可； ② 發(fā)電機冷卻用水，循環(huán)使用少量補充。 ① 蒸汽消耗用水，按鍋爐蒸發(fā)量約需要300kg/h； ② 發(fā)電機冷卻用水，循環(huán)使用少量補充。 無 9 原水如果是地下水要經(jīng)過過濾、軟化、除鹽或反滲透處理，以保證蒸汽品質(zhì)確保系統(tǒng)安全運行 無 10 系統(tǒng)運行自耗電 電機總裝機容量≈50Kw 電機總裝機容量≈75Kw 無 11 自耗電占發(fā)電量比例 10% 15% 無 12 設備人員操作要求 簡便可靠，專業(yè)培訓操作人員 系統(tǒng)復雜，專業(yè)培訓操作人員 簡單快用 13 運行維護保養(yǎng)和檢修 ① 電機添加黃油 ② 檫洗羅茨風機以除去焦油 ③ 檫洗燃氣內(nèi)燃機活塞等部件以除去焦油 ④ 定期清除循環(huán)水池并少量補水 ① 電機添加黃油 ② 蒸汽鍋爐及管路維護保養(yǎng) ③ 汽輪機維護保養(yǎng)，如更換葉片等 檫洗柴油發(fā)電機活塞等部件以除去焦油 14 檢修時間 平時每月檢修2～3天，不需要大修 按《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》和《汽輪機安全技術監(jiān)察規(guī)程》的要求，平時定期保養(yǎng)，長年維護和檢修 平時每月檢修2～3天，不需要大修 15 煙塵排放和環(huán)保 無煙塵排放，煙灰收集后可作碳黑或肥料 較多煙塵排放，煙灰不回收 無 16 建設周期 6個月，其中：設備交貨期4個月，安裝調(diào)試2個月 3個月。其中：設備交貨期2個月，安裝調(diào)試1個月 約1個月 17 系統(tǒng)投資費用含基建 設備投資480.00萬元，基建成本低，維護成本低 設備投資430.00萬元，基建成本高，維護成本高 設備投資較少，基建成本低，維護成本低 18 投資性價比 性價比高，投資回收周期短 性價比高，投資回收周期較短 性價比低